ITBO950330A1

ITBO950330A1 - Commutatore di condensatori in parallelo ed in particolare dei condensatori d'avviamento e di marcia continua di motori asincroni a

Info

Publication number: ITBO950330A1
Authority: IT
Inventors: Francesco Geminiani; Zoubir Benyahia
Original assignee: Inco Massalombarda Srl
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 1997-01-03
Also published as: EP0752752A1; IT1290754B1

Abstract

Dispositivo che permette, mediante un commutatore elettromeccanico od allo stato solido (5), l'inserzione di un condensatore (2) in parallelo con altro (i) (9) già inserito (i) e la sua disinserzione, evitando le forti correnti di carica e scarica che solitamente danneggiano tale commutatore mediante una bobina di smorzamento (4) ed un complesso temporizzatore (1), (6), (7), (8); particolarmente adatto all'applicazione in motori asincroni a campo rotante (10) con avvolgimenti principali (11) e avvolgimento ausiliario (12).

Description

DESCRIZIONE

Descrizione dell'invenzione avente per titolo Dispositivo commutatore di condensatori in parallelo, ed in particolare dei condensatori d'avviamento e di marcia continua di motori asincroni a campo rotante ad alimentazione monofase, con ciclo di lavoro intermittente

Oggetto dell'invenzione è un dispositivo che permette, mediante un commutatore elettromeccanico od allo stato solido, l'inserzione di un condensatore in parallelo con altro (i) già carico (hi) e la sua disinserzione e scarica su adatto resistore, evitando le forti correnti di carica e scarica che solitamente danneggiano tali commutatori.

La principale, ma non esclusiva, applicazione di tale dispositivo, è illustrata nella fig. 2, perchè si ha nei motori asincroni a campo rotante sia monofasi sia trifasi ad alimentazione monofase. Tali motori comprendono uno o due avvolgimenti principali (11) ed uno ausiliario (12) col quale ultimo è collegato permanentemente un condensatore (9), (detto condensatore di marcia). Un condensatore ulteriore (2) si inserisce in parallelo con quello di marcia solo durante la fase d'avviamento per incrementare la coppia di spunto del motore (10) dopo di che si scarica su diun resistore apposito (3).

Questa situazione è mostrata dai diagrammi della Fig.la che mostra i tempi di lavoro (interruttore ON) e di riposo (interruttore OFF) del motore e della Fig.lb che mostra i tempi d'inserzione e di disinserzione del condensatore d'avviamento:

- tl è la durata della fase d'avviamento con i condensatori di marcia (9) e d'avviamento (2) in parallelo; questo tempo è generalmente compreso tra 0,2 e 2 s;

- t2 è la durata della scarica del condensatore d'avviamento (2) che dipende dai valori della capacità di esso e della resistenza del resistore (3); - treig è il ritardo di risposta del commutatore che può variare da 10 μs (commutatore allo stato solido) a 20 ms (commutatore elettromeccanico);

- t3 è il tempo di riposo del motore (OFF);

- t4 è il tempo di lavoro del motore (ON).

- t3 t4 è la durata complessiva del ciclo di lavoro.

Per tale applicazione si dispone attualmente di vari dispositivi d'inserzione e disinserzione che sono di tipo centrifugo, ampermetrico od anche semplicemente temporizzati e tutti sono più o meno soddisfacenti quando il ciclo di lavoro del motore ha sempre intermittenza bassa. In tale caso, infatti, tutti tali dispositivi hanno tempo di consentire la scarica dei condensatori per cui l'azionamento del commutatore si effettua con il passaggio di una corrente di piccola intensità e perciò non dannosa per esso.

Quando invece il ciclo di lavoro del motore ha intermittenza elevata, come può verificarsi nell'azionamento di molte macchine operatrici, sia industriali sia domestiche, come montacarichi, lavapavimento, ecc. , i dispositivi esistenti presentano i seguenti inconvenienti che si descrivono, sempre con riferimento alle fig. la e lb, perchè sono quelli che la presente invenzione riesce ad eliminare.

1 . Ad ogni avviamento del motore mediante chiusura del suo interruttore d'alimentazione, il commutatore, che si trova nella posizione di parallelo dei due condensatori onde consentire una maggiore coppia di spunto, dopo un certo tempo tl, considerato sufficiente all'acquisto di velocità da parte del rotore del motore, disinserisce il condensatore d'avviamento - che rimane carico al valore istantaneo della tensione in quel momento - e lo commuta su un resistore predisposto a questo scopo, sul quale il condensatore si scarica. Il tempo di scarica dipende dalla capacità del condensatore e dalla resistenza del resistore e può raggiungere l'ordine di qualche secondo .

Se il ciclo di lavoro è rapido, ed il motore si arresta subito, il commutatore deve reinserire il condensatore d'avviamento che però è ancora parzialmente carico, eventualmente a tensione in opposizione con quella di linea per cui, attraverso di esso, passa una corrente impulsiva di grande intensità. Se, inoltre, sempre perchè il ciclo di lavoro è rapido, l'interruttore di linea si richiude riavviando il motore prima che il condensatore d'avviamento si sia scaricato, viene a mancare il parallelo di quest'ultimo e la coppia di spunto del rotore risulta ridotta .

2. Ad ogni arresto del motore mediante apertura dell'interruttore della linea, il condensatore di marcia, in quel momento carico, si scarica in un tempo molto breve sul circuito ausiliario del motore cui esso è collegato perchè questo ha resistenza molto bassa. Il commutatore, che si trova sul resi store, sempre per azione del dispositivo, passa alla posizione di parallelo dopo un certo tempo trelè in modo da trovare il condensatore di marcia già scarico, così evitando che esso si scarichi su quello d'avviamento facendo passare una corrente impulsiva di grande intensità attraverso il commutatore.

Se però, sempre perchè il ciclo di lavoro è rapido, l 'interruttore di linea si richiude riavviando il motore prima che sia trascorso il tempo trelè , viene a mancare il parallelo del condensatore d'avviamento e la coppia di spunto risulta ridotta.

Con l'invenzione questi difetti vengono eliminati:

(a) principalmente con l'introduzione nel circuito di una "bobina di smorzamento" (4), dotata di bassa resistenza elettrica ma di elevata impedenza alle correnti impulsive delle quali essa perciò limita il valore massimo ad uno che può essere sopportato senza danno dal commutatore;

(b) accessoriamente, e perchè reso possibile dallo smorzamento delle correnti impulsive, riducendo i tempi d'inserzione e disinserzione del condensatore di avviamento pilotandoli mediante un circuito di controllo e temporizzazione, realizzato in due diverse configurazioni che si descrivono qui di seguito .

La prima configurazione (fig. 2 a) comprende un circuito di temporizzazione (1) ed un commutatore elettromeccanico (5); la seconda configurazione (fig. 2 b) comprende un circuito di temporizzazione (1), un commutatore allo stato solido (5), un relè allo stato solido di minore potenza (6), due circuiti di pilotaggio optoisolati (7) e (8).

Poiché la prima configurazione si può considerare versione semplificata della seconda, si descrive di seguito la variante allo stato solido.

Il circuito temporizzatore (1) è composto da un circuito resistenza/condensatore e da un diodo zener che pilota il gate di un tiristore; variando i valori di uno o più componenti si stabilisce:

- il tempo tl dopo il quale si disinserisce il condensatore di avviamento,

- il tempo trelè di ripristino della chiusura del relè, e pertanto del parallelo del condensatore di avviamento .

Questo tempo, può essere reso sufficientemente breve grazie appunto alla presenza della bobina di smorzamento (4).

Come si vede, tale bobina di smorzamento ha una funzione molto importante ed essa rappresenta una innovazione fondamentale della tecnologia attuale.

Con il dispositivo dell'invenzione e per ciclo di lavoro intermittente, i diagrammi delle figg. 3, 4, 5 mostrano l'andamento delle tensioni rispettivamente (a) di alimentazione del motore, (b) ai capi del condensatore di marcia, (c) ai capi di quello d'avviamento, per i vari casi d'intermittenza del ciclo di lavoro.

La fig. 3 riguarda il caso di durata del tempo di lavoro t3 (tempo ON) maggiore della durata d'inserzione e di scarica del condensatore d'avviamento t1

+ t2.

La fig. 5 mostra il caso di durata del ciclo di lavoro t3+t4 minore di t1. In questo caso il motore si riavvia con condensatore d'avviamento ancora inserito. Più precisamente, quando il tempo d'alimentazione del motore t4 (ON) è inferiore a tl, si ve rifica che:

- (a) nel circuito con commutatore elettromeccanico il condensatore d'avviamento resta inserito; nel ciclo successivo si ha un minore tempo d'inserzione del condensatore d'avviamento in quanto il temporizzatore non si resetta completamente, ma ciò non causa alcun inconveniente;

- (b) nel circuito allo stato solido, il triac resta acceso fino a quando l'accoppiatore ottico (7) rimane eccitato. Lo stato di conduzione del triac accelera la scarica del condensatore d'avviamento assieme a quello di marcia attraverso gli avvolgimenti del motore nel caso che l'alimentazione del motore venga tolta ancora in fase d'avviamento.

La fig. 4 mostra il caso per durata del tempo di lavoro t4 maggiore di t1 ma minore di t1 t2, ossia il caso intermedio ai precedenti: il motore si riavvia con il condensatore d'avviamento non ancora scarico, esso viene comunque reinserito dal commutatore e, grazie alla bobina di smorzamento, la corrente di picco è limitata a valore tollerato dai componenti.

In un esempio d'applicazione del dispositivo di questa invenzione, il commutatore, nella versione elettromeccanica, è stato montato su di un motore asincrono monofase da 0,37 kW provvisto di condensatore di marcia da 14 μF e di uno d'avviamento di 30 . La bobina di smorzamento aveva induttanza 8 μΗ, il resistore di scarica 2,2 kΩ e potenza 20 W. Prove effettuate anche con i più rapidi cicli di lavoro corrispondenti al tempo minimo di risposta dei relè temporizzati normalmente commercializzati e cioè da 10 a 20 ms, hanno dato esito positivo per più di 1 milione di manovre.

In un altro esempio d'applicazione del dispositivo di questa invenzione nella versione allo stato solido, esso è stato provato su di un motore asincrono trifase da 4 kW alimentato con tensione monofase. Per questo motore il condensatore di marcia era di 200 μF e quello d'avviamento di 250 μF. La bobina di smorzamento aveva ancora induttanza 8 μΗ, il resistore di scarica 0,6 kΩ 160 W. Anche in questo caso, prove effettuate con i cicli di lavoro indicati precedentemente hanno dato esito positivo per più di 1 milione di manovre.

Altre prove hanno permesso di costatare che il dispositivo della presente invenzione può essere applicato nella versione elettromeccanica sino alla capacità massima del condensatore d'avviamento di 100 μF , oltre la quale occorre utilizzare il dispositivo nella versione allo stato solido.

In ogni caso la presente invenzione si applica a motori di varia potenza con condensatori di capacità anche molto elevate e cicli di lavoro anche molto rapidi nè vi sono difficoltà ad impiegare il dispositivo in sistemi che permettono l'inversione del senso di rotazione del motore.

Claims

Rivendicazioni 1. Dispositivo che permette, mediante un commutatore elettromeccanico od allo stato solido, l'inserzione di un condensatore in parallelo con altro (i) già carico (hi) e la sua disinserzione su un resistore di scarica, evitando le forti correnti di carica e scarica che solitamente danneggiano tali commutatori, caratterizzato dal fatto che nel circuito collegante i condensatori è inserita una bobina di smorzamento, avente piccola resistenza elettrica ed elevata impedenza alle correnti impulsive, che permette cicli d'inserzione e disinserzione molto rapidi.
2. Dispositivo come descritto in 1. adatto all'impiego nei motori asincroni a campo rotante monofase, ed anche trifase ad alimentazione monofase, come dispositivo d'inserzione e disinserzione del condensatore d'avviamento in parallelo al condensatore di marcia continua, caratterizzato dall'impiego, oltre che della bobina di smorzamento, di un commutatore a stato solido azionato da un dispositivo temporizzatore che consente una commutazione regolabile sino a tempi molto brevi in modo da ripristinare il parallelo dei condensatori anche quando il ciclo di lavoro è molto rapido e cioè le frequenze ON/OFF molto elevate .